CN112710631A - 一种基于飞秒激光直写倾斜光纤光栅温度折射率测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于飞秒激光直写的倾斜光纤光栅温度、折射率双参数传感器，使用coherent公司飞秒激光器，配合飞秒刻写平台，通过旋转光纤夹具使其存在一定倾斜角度，实现倾斜光栅的刻写。倾斜光栅因其倾斜的栅线，除了存在纤芯模之外还存在包层模，两者对温度和折射率的感应程度不同，其中温度变化会导致光谱漂移，而折射率变化会影响包层模透射谱功率变化。通过对两种光谱进行解调实现温度折射率传感。
Description
技术领域
本发明涉及光纤器件领域，特别涉及一种基于飞秒激光直写倾斜光纤光栅温度折射率测试方法。
背景技术
由于在折射率传感过程中，常存在温度的干扰，外界环境以及溶液等物质温度对于折射率测量有着较大的影响，而在实际应用时需要实现温度与折射率的双测量，而传统传感器有着集成度较小，体积较大，不抗腐蚀等特点，不能很好地对折射率以及温度进行同时测量，而光纤传感器由于其有着高灵敏度、体积小巧、抗腐蚀等优势，可以很好地对其进行测量。而在倾斜光纤光栅方面，近些年对于倾斜光栅的研究日益增加，其特殊的包层模性质可以应用到不同领域的测量。其中包层模对于折射率、生物量等因素有着一定的敏感度，而其纤芯模对于温度，位移等参量有着一定的灵敏度，故可以实现双参数测量。在倾斜光栅的刻写上，常用相位掩模版法，本发明使用飞秒激光直写的办法解决了传统方法中，刻写过程不可控，不可实时监测的问题，可以制备特征波长可控的倾斜光栅。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于飞秒激光直写倾斜光纤光栅温度折射率测试方法，使用飞秒激光直写的办法解决了传统方法中，刻写过程不可控，不可实时监测的问题，可以制备特征波长可控的倾斜光栅，包层模对于折射率、生物量等因素有着一定的敏感度，而其纤芯模对于温度，位移等参量有着一定的灵敏度，故可以实现双参数测量，增加装置的适用性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于飞秒激光直写倾斜光纤光栅温度折射率测试方法，包括以下步骤：
步骤a、对倾斜光纤光栅进行激光刻写；
步骤b、将刻写后的所述倾斜光纤光栅放置在加热平台上，并通过光纤夹持台对所述倾斜光纤光栅进行夹持；
步骤c、将所述倾斜光纤光栅两端分别连接宽带光源和光谱仪；
步骤d、通过胶头滴管将不同溶液滴到所述倾斜光纤光栅上进行折射率的测量，观察光谱仪上的光谱漂移；
步骤e、擦去测量溶液，打开加热平台，设置不同温度观察光谱仪上的光谱漂移。
一种倾斜光纤光栅传感器，所述传感器包括包层和纤芯；其中，所述纤芯中存在有栅线，所述栅线与所述纤芯间存在一定角度；所述包层内存在有包层模，所述纤芯内存在有纤芯模。
优选的，所述倾斜光纤光栅的刻写包括以下步骤：步骤a1、将倾斜光纤光栅放置在刻写平台的夹持平台上；步骤a2、打开飞秒激光，将飞秒激光与电脑相连，设置好刻写的形状和相关参数；步骤a3、通过调整平台加速度和平台倾斜角度对所述倾斜光纤光栅进行刻写；步骤a4、将所述倾斜光纤光栅两端分别连接光谱仪和光源，进行参数的观察。
优选的，所述倾斜光纤光栅通过普通单模光纤制备。
优选地，随着折射率的增加，所述倾斜光纤光栅包层模投射深度逐渐降低。
优选的，随着温度增加，所述倾斜光纤光栅透射光谱发生红移。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明倾斜光纤光栅传感器由于其有着高灵敏度、体积小巧、抗腐蚀等优势，可以很好地对其进行测量；
2、本发明倾斜光纤光栅传感器特殊的包层模性质可以应用到不同领域的测量。其中包层模对于折射率、生物量等因素有着一定的敏感度，而其纤芯模对于温度，位移等参量有着一定的灵敏度，可以实现双参数测量；
3、本发明使用飞秒激光直写的办法解决了传统方法中，刻写过程不可控，不可实时监测的问题，可以制备特征波长可控的倾斜光栅。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出了本发明飞秒激光刻写倾斜光纤光栅原理示意图；
图2示意性示出了本发明倾斜光纤光栅温度、折射率双参数传感测试方法示意图；
图3示意性示出了本发明倾斜光纤光栅折射率传感测试光谱漂移示意图；
图4示意性示出了本发明倾斜光纤光栅温度传感测试光谱漂移示意图。
图中：
10、物镜 20、飞秒激光
30、包层 40、纤芯
50、栅线 60、倾斜光纤光栅
70、宽带光源 80、光谱仪
90、光纤夹持台 100、加热平台
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
一种基于飞秒激光直写倾斜光纤光栅温度折射率测试方法，包括以下步骤：
步骤a、对倾斜光纤光栅进行激光刻写；
步骤b、将刻写后的倾斜光纤光栅放置在加热平台上，并通过光纤夹持台对倾斜光纤光栅进行夹持；
步骤c、将倾斜光纤光栅两端分别连接宽带光源和光谱仪；
步骤d、通过胶头滴管将不同溶液滴到倾斜光纤光栅上进行折射率的测量，观察光谱仪上的光谱漂移；
步骤e、擦去测量溶液，打开加热平台，设置不同温度观察光谱仪上的光谱漂移。
一种倾斜光纤光栅传感器，传感器包括包层和纤芯；其中，纤芯中存在有栅线，栅线与纤芯间存在一定角度；包层内存在有包层模，纤芯内存在有纤芯模。
倾斜光纤光栅的刻写包括以下步骤：步骤a1、将倾斜光纤光栅放置在刻写平台的夹持平台上；步骤a2、打开飞秒激光，将飞秒激光与电脑相连，设置好刻写的形状和相关参数；步骤a3、通过调整平台加速度和平台倾斜角度对倾斜光纤光栅进行刻写；步骤a4、将倾斜光纤光栅两端分别连接光谱仪和光源，进行参数的观察。
倾斜光纤光栅通过普通单模光纤制备。
随着折射率的增加，倾斜光纤光栅包层模投射深度逐渐降低。
随着温度增加，倾斜光纤光栅透射光谱发生红移。
如图1示出了本发明飞秒激光刻写倾斜光纤光栅传感器原理示意图，在操作过程中，首先打开飞秒激光20，将倾斜光纤光栅60放置在刻写平台的夹持器上，将飞秒激光20与电脑相连，设置好刻写的形状和相关参数；为了在刻写过程中观测刻写倾斜光纤光栅60的一些特性，将倾斜光纤光栅60两端分别连接光谱仪和光源，进行参数的观察。纤芯40中的箭头的运动方向表示激光刻写的运动轨迹，箭头周围表示的是栅线50。
本发明提出一种基于飞秒激光直写的倾斜光纤光栅温度、折射率双参数传感器，使用coherent公司飞秒激光器，配合飞秒刻写平台，通过旋转光纤夹具使其存在一定倾斜角度，实现倾斜光栅的刻写。倾斜光栅因其倾斜的栅线，除了存在纤芯模之外还存在包层模，两者对温度和折射率的感应程度不同，其中温度变化会导致光谱漂移，而折射率变化会影响包层模透射谱功率变化。通过对两种光谱进行解调实现温度折射率传感。
本发明使用的倾斜光纤光栅60采用的是普通标准单模光纤制备。包层模存在于包层30中，纤芯模存在于纤芯40中。
本发明提出一种飞秒激光直写制备倾斜光栅的办法，并且在此基础上制备了基于倾斜光栅的温度，折射率双参数传感器，并且进行了测试。由于倾斜光栅其栅线与纤芯之间存在着一定的角度，故除了存在前向传输的纤芯模之间的耦合，还存在前向传输的纤芯模与后向传输的包层模之间的耦合，其包层中存在的梳妆包层模对外界环境参数的灵敏度较好，而纤芯模对于温度，位移等物理参数的灵敏度较好，故以此制备了基于倾斜光栅的折射率、温度双参数传感器。
首先如图2连接好宽带光源70、倾斜光纤光栅60与光谱仪80，使用胶头滴管将待测溶液吸入，并进行单独的折射率传感测试，使用不同溶液对其进行折射率测量，通过观察光谱仪80上的光谱漂移，并进行记录分析，得到如图3所示的光谱变化。之后进行温度单独测量，擦去测量溶液，打开加热平台，设置不同温度并且观察倾斜光纤光栅60光谱变化，进行记录分析，得到如图4所示的光谱变化。
由图3和图4中可以清楚地看到，随着折射率增加，其包层模透射深度逐渐降低，随着温度增加，整个透射光谱发生红移。两个测量量在光谱上的表现形式不同，且不相互影响。故可以实现单倾斜光栅双参数测量。
本发明的有益效果是：本发明倾斜光纤光栅传感器由于其有着高灵敏度、体积小巧、抗腐蚀等优势，可以很好地对其进行测量；本发明倾斜光纤光栅传感器特殊的包层模性质可以应用到不同领域的测量。其中包层模对于折射率、生物量等因素有着一定的敏感度，而其纤芯模对于温度，位移等参量有着一定的灵敏度，可以实现双参数测量；本发明使用飞秒激光直写的办法解决了传统方法中，刻写过程不可控，不可实时监测的问题，可以制备特征波长可控的倾斜光栅。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
Claims (6)
1.一种基于飞秒激光直写倾斜光纤光栅温度折射率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、对倾斜光纤光栅进行激光刻写；
步骤b、将刻写后的所述倾斜光纤光栅放置在加热平台上，并通过光纤夹持台对所述倾斜光纤光栅进行夹持；
步骤c、将所述倾斜光纤光栅两端分别连接宽带光源和光谱仪；
步骤d、通过胶头滴管将不同溶液滴到所述倾斜光纤光栅上进行折射率的测量，观察光谱仪上的光谱漂移；
步骤e、擦去测量溶液，打开加热平台，设置不同温度观察光谱仪上的光谱漂移。
2.一种倾斜光纤光栅传感器，其特征在于，所述传感器包括包层和纤芯；
其中，所述纤芯中存在有栅线，所述栅线与所述纤芯间存在一定角度；所述包层内存在有包层模，所述纤芯内存在有纤芯模。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述倾斜光纤光栅的刻写包括以下步骤：
步骤a1、将倾斜光纤光栅放置在刻写平台的夹持平台上；
步骤a2、打开飞秒激光，将飞秒激光与电脑相连，设置好刻写的形状和相关参数；
步骤a3、通过调整平台加速度和平台倾斜角度对所述倾斜光纤光栅进行刻写；
步骤a4、将所述倾斜光纤光栅两端分别连接光谱仪和光源，进行参数的观察。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述倾斜光纤光栅通过普通单模光纤制备。
5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，随着折射率的增加，所述倾斜光纤光栅包层模投射深度逐渐降低。
6.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，随着温度增加，所述倾斜光纤光栅透射光谱发生红移。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210427 |
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